运用TRIZ理论分析输电线路上除冰的方法

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运用TRIZ理论分析输电线路上除冰的方法生命科学勷勤创新班杨志民20120006007摘要:在冬季,输电线路上覆冰和积雪经常会引起线路的跳闸、断线、杆塔倾倒等事故。本文应用TRIZ原理对解决输电线路的覆冰问题进行了系统分析,在分析研究的基础上,指出了解决这一矛盾的基本方向。关键词:覆冰;TRIZ理论;技术矛盾;矛盾矩阵;发明原理;物-场分析0引言冬季输电线路上覆冰和积雪常会引起线路的跳闸、断线、杆塔倾倒等事故。国内外都曾因输电线路覆冰而引发安全事故,带来了巨大的经济损失,因此,冰雪灾害已经成为全世界许多国家的电网面临的共同问题。我国是输电线路覆冰严重的国家之一,线路冰害事故发生的概率居世界前列。大家应该记得在2008年初,一场百年罕见的大面积覆冰影响了我国南方大部分地区的十几个省(区、市),给国民经济和社会生活带来了巨大的损失,其中电网的损害尤其严重。由于持续的雨雪冰冻天气,导致输电线路大面积覆冰,线路覆冰都达到了30~60毫米,覆冰厚度大大超过了15~20毫米的覆冰设计值,输电铁塔不堪重负,造成了大量的倒杆、倒塔、断线现象,电力设施遭到前所未有的破坏,供电线路大范围中断,发生了大面积停电事故。据统计,这次低温雨雪冰冻灾害造成南方电网10kV及以上线路七千余条被迫停运,35kV及以上变电站八百余座被迫停运,10kV及以上线路倒杆倒塔及损坏十万余基。随着全球气候变暖、极端天气的增多、水电资源建设规模的不断扩大和西电东送战略的实施,今后我国的复杂大电网可能要越来越多地经受大面积覆冰的考验,大电网覆冰灾害问题将会更加突出。为减少输电线路覆冰事故的发生,有效保障电力系统的安全运行,最有力措施是应加强探索出针对输电线路有效的防冰、除冰方法。目前,国内外一致认为:对于发生在大范围的输电线路覆冰问题,导线的热融冰方法是最有效的方法。但是,以上两种融冰方法都存在共同的问题,即在输电线路融冰过程中,都不能够正常供电,而为了保证对用户的正常供电,需要进行复杂的停、复电操作,阻抗匹配,操作时间长。对电网运行方式的影响较大,随着输电线路输送容量的递增,暴露出融冰电流越来越大、操作更加繁琐、需要转供的负荷越来越多等问题。能不能找出更好的融冰方法呢?这是一个具体的现实问题,下面我们用TRIZ理论分析,看看能不能找到这个问题的解决办法。1应用TRIZ的矛盾解决理论分析1.1问题的描述:冬季了,天上不停地下着冻雨,它边降边冻,立刻黏附在裸露的输电线路上,逐渐形成越来越厚的坚实冰层,高压输电线路和铁塔虽然可以承受2~3倍的载荷,但冻雨所产生的载荷最大可以达到几十倍。同时伴随着大风,引起输电线路震荡,造成线路短路或是输电线路不胜重荷而断裂、倒塌。此时“千崖冰玉里,万峰水晶中”的奇观给人们的已不再是美景。冬天给电线加热是常用的处理手段。就是给电线通上很强的电流,给电线加热,电线上的冰就融化了,但在这时,用户的电就要断掉。冻雨的天气还在持续,给电线加热的次数就会增多,这意味着用户停电的次数也得增加,用户怨声载道。若减少为电线加热的次数。这意味着电线有可能断裂,用户停电的时间更长。这是一个矛盾。1.2矛盾分析在这个问题中,供电企业想的是什么呢?应该是:在冻雨的季节里要保证输电线路向用户正常供电,这就是管理矛盾。所谓管理矛盾是指,在一个系统中,各个子系统已经处于良好的运行状态,但是子系统之间产生不利的相互作用、相互影响,使整个系统产生问题。要解决这个管理矛盾没有具体的办法,必须把这个管理矛盾转换成技术矛盾,这个问题才能找到答案。在冻雨季节里,电线上会经常结冰,为了不让电线断掉,就要经常给电线加热。如果给电线加热的次数增多,用户会因停电而抱怨;如果减少加热次数,电线断裂的机会就要增加。这就是一对技术矛盾。技术矛盾是指,当技术系统某个特征或参数得到改善时,常常会引起另外的特征或参数劣化。技术矛盾:①给电线加热,而不应该使用户停电;②保证对用户正常供电,而不应该造成电线断裂。首先我们把具体技术矛盾参数总结成TRIZ的通用的技术矛盾参数。试图用矛盾矩阵来解决这个问题。通过分析我们可以找到这个问题对应的通用技术参数查找阿奇舒勒矛盾矩阵表,得到阿奇舒勒矛盾矩阵所推荐的发明原理序号。按照序号查找发明原理汇总表得到发明原理的名称。按照发明原理的名称对应查找发明原理的详解,列表如下:改善的参数:温度;恶化的参数:生产率我们把阿奇舒勒矩阵所推荐的发明原理逐个应用到这个具体问题上,进一步探讨每个原理在这个具体问题上如何应用和实现。改变物质性质法目前,经专家研究发现:铁磁材料可用于输电线路防冰,工程应用中已实现的铁磁材料防覆冰方法。日本的科学家已经研制成功电阻性铁磁线、防冰效果比较明显。机械系统替代法就是将电能转化为机械能以破坏输电线上的覆冰的物理结构,达到使覆冰脱落的目的。振动除冰技术是比较新的除冰理论,它是采用高频振动冲击波来击碎导线上的覆冰,从而达到除冰之目的。此外还用电磁力为超高压架空输电线路除冰;电脉冲除冰等。预先作用法例如,在线路上安装遥控除冰机;刷防冰涂料,利用憎水性和憎冰性涂料达到防覆冰的目的。2应用物-场分析原理解决具体技术问题,阿奇舒勒矛盾矩阵并不是唯一的分析工具。在许多未知领域有时无法确定技术矛盾的类型。于是TRIZ理论又引入了物-场模型,我们用物-场模型理论分析以上的技术问题。现在有一条电线(物质S1)和电流(场FE)。我们要解决问题是不想让电线上出现冰。此时我们经分析,现有的物-场模型中只有一个物质和场,是一个不完整的物-场模型,不具备期望产生的功能。为了构建完整的物-场模型,我们要引入第二种物质S2,它必须具备以下的特点,即在正常电流下就会自我加热同时给电线加热。这第二种物质会是什么呢?电气基本常识告诉我们:由低电阻材料制成的电线在正常电流下不能自行加热(或者说,在正常电流下,电线产生的热量不能使冰融化),而由高电阻材料制成的电线是能够融化掉电线上的冰的,但用户就不能正常用电了。这时出现了一对物理矛盾。电线的电阻应该高又不应该高,即对一个技术参数提出了两个截然相反的要求。那么第二种物质会是什么呢?发明家找到了答案,电线还是原来的电线,俄罗斯科学家在电线上每隔5米安上了一个低居里点(0oC左右)的铁氧体环。这种环有很高的电阻。在气温低于0oC左右时,这些铁氧体环出现了磁性而通电,环内由于电磁感应产生电流而很快加热并为电线加热来融化电线上的冰,并在气温高于0oC时断电而降低电线的额外损耗。我国专家目前也研制出了低居里磁热线和低居里磁防冰套筒,经实际验证融冰效果比较明显。3结束语(1)本文提出在解决电力企业具体问题中应用TRIZ理论开展研究,有助于开拓电力企业技术人员的思路,能够提高电力企业广大职工的创新设计水平;(2)TRIZ中的发明原理共有40条,电力企业技术人员和职工应逐条进行研究理解,分析其在电力企业创新中应用的可能性;(3)TRIZ中所提出的多种解决矛盾的理论,是解决电力生产环节出现的各种矛盾,提出多种创新解决方案的一种行之有效的方法。

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